Come le telecamere acustiche stanno cambiando le ispezioni con droni industriali

C'è un momento che ogni tecnico esperto conosce bene. Ti trovi sotto un traliccio dell'alta tensione o stai percorrendo un gasdotto e tutto sembra a posto. La termocamera non mostra nulla di allarmante. Le immagini sono nitide. Ma qualcosa dentro di te ti dice il contrario.

A quanto pare, quell'istinto ha una base scientifica e ora esiste una tecnologia in grado di confermarlo.

Quando abbiamo iniziato a riflettere seriamente sui limiti delle ispezioni effettuate con i droni, il problema continuava a ripresentarsi con la stessa scomoda verità: i nostri occhi, e persino i nostri migliori sensori termici, raccontano solo una parte della storia. Alcuni dei guasti industriali più catastrofici e costosi non iniziano con il calore o danni visibili. Iniziano con il suono, nello specifico, con un suono che l'orecchio umano non è fatto per percepire. Il problema di "guardare" le infrastrutture

Per anni, le ispezioni con droni si sono limitate alla fotografia ad alta risoluzione. Si sorvolava un percorso, si acquisivano le immagini e si esaminavano per individuare crepe, corrosione o anomalie fisiche. Rappresentava un vero e proprio passo avanti rispetto all'invio di ingegneri su torri o lungo pericolosi tracciati di oleodotti a piedi.

Poi sono arrivate le termocamere e, ancora una volta, il settore ha fatto un salto di qualità. Improvvisamente potevamo vedere le tracce di calore, identificare i componenti sovraccarichi e individuare problemi completamente invisibili a occhio nudo. Ma ecco il punto di cui nessuno parla abbastanza: le termocamere hanno bisogno che un problema sia già in fase di sviluppo per poterlo rilevare. Quando un isolatore su un traliccio di trasmissione raggiunge una temperatura tale da essere rilevato da una termocamera, quel componente è già in una fase avanzata del suo ciclo di guasto. Non si tratta di individuare un problema in fase iniziale; si tratta di documentarne uno quasi completo. Continuavamo a pensare che dovesse esserci un modo migliore.

Quando le infrastrutture falliscono, prima si fanno sentire.

Il gas ad alta pressione non fuoriesce improvvisamente da una valvola. Un isolante elettrico non si frantuma all'improvviso in un pomeriggio. Questi guasti hanno un lungo e silenzioso preludio, e questo preludio è scritto negli ultrasuoni. Quando un sistema pressurizzato inizia a sviluppare anche una minima perdita, il gas che fuoriesce crea una turbolenza ultrasonica, una firma ad alta frequenza completamente impercettibile all'orecchio umano, ma assolutamente reale. Allo stesso modo, un isolante in fase di deterioramento inizia a subire quello che gli ingegneri chiamano scarica parziale o effetto corona: minuscoli archi elettrici, un ronzio ad alta frequenza a livello molecolare, mentre la corrente elettrica inizia a trovare percorsi che non avrebbe mai dovuto percorrere.

Una normale telecamera 4K non vede nulla. Un sensore termico non vede nulla. Ma il guasto è già presente, si sta già aggravando, sta già costando denaro e, alla fine, costerà molto più del semplice denaro.

È proprio per questo motivo che la tecnologia delle telecamere acustiche è diventata un punto focale per la DW-10.

Trasformare il suono in un'immagine

La nostra telecamera acustica funziona utilizzando una serie di microfoni, una tecnica chiamata beamforming, per rilevare queste firme ultrasoniche e sovrapporle a un flusso video in tempo reale sotto forma di mappa termica. Ciò che prima era invisibile diventa, letteralmente, un punto luminoso sullo schermo. Una valvola che sussurra la sua lenta perdita. Un isolante che annuncia silenziosamente il proprio degrado settimane o mesi prima che qualsiasi altro sensore possa rilevarlo. L'effetto, la prima volta che lo si vede in azione, è davvero sorprendente. Un'apparecchiatura che sembra perfettamente normale, non presenta anomalie al test termico e supera un controllo visivo, improvvisamente si illumina sulla mappa acustica. Non si tratta di un falso positivo, ma di un problema individuato prima che si trasformi in un'emergenza. Per i responsabili operativi che si sono mai trovati a dover giustificare un arresto imprevisto, o per i direttori finanziari che hanno approvato costi di riparazione d'emergenza che superavano di gran lunga quelli di una normale sostituzione, quel momento di rilevamento precoce ha un valore economico ben preciso.

Perché una DW-10, e perché proprio questa?

Esistono telecamere acustiche portatili, e funzionano. Ma impiegare un tecnico con un dispositivo portatile lungo chilometri di gasdotti, o in prossimità di infrastrutture ad alta tensione in funzione, è lento, costoso e comporta rischi concreti per la sicurezza. L'efficienza derivante dal montaggio di questa tecnologia su un drone è evidente. Ciò che non è semplice è farla funzionare correttamente. La sfida fondamentale con i sensori acustici sui droni è sempre stata il rumore delle eliche. In sostanza, si chiede a un array di microfoni di captare deboli segnali ultrasonici mentre è fissato a una macchina che genera un rumore a banda larga significativo. I primi tentativi di questa combinazione hanno prodotto risultati, per usare un eufemismo, altalenanti. Il lavoro svolto sul profilo di volo del DW-10 affronta direttamente questo problema. La stabilità della nostra piattaforma e il suo funzionamento relativamente silenzioso con un singolo motore, forniscono all'array di beamforming l'ambiente acustico pulito di cui ha bisogno per svolgere correttamente il suo lavoro. L'elaborazione a bordo può filtrare la firma sonora costante del motore e concentrarsi sulle anomalie che sta effettivamente cercando. È la differenza tra cercare di sentire una conversazione sussurrata in uno stadio rispetto a una stanza silenziosa: la tecnologia funziona solo se la piattaforma collabora.

Cosa significa questo in pratica

Consideriamo un sistema di aria compressa in un grande stabilimento di produzione. Diversi studi hanno dimostrato che le perdite d'aria negli impianti industriali possono rappresentare dal 20 al 30% della potenza totale erogata da un compressore, energia che viene semplicemente acquistata, compressa e poi dispersa silenziosamente nell'atmosfera. Un singolo passaggio con un drone dotato di sensori acustici può mappare ogni punto di perdita in un impianto complesso in una frazione del tempo che richiederebbe un'ispezione manuale, e con un'affidabilità di gran lunga superiore.

Ora estendiamo questo ragionamento all'infrastruttura della rete elettrica. Gli operatori di trasmissione gestiscono migliaia di chilometri di linee e innumerevoli tralicci, sottostazioni e stazioni di commutazione. Identificare tempestivamente gli eventi di scarica parziale, prima che si trasformino in guasti all'isolamento, prima che causino malfunzionamenti, prima che possano potenzialmente mettere fuori uso sezioni della rete, ha un valore che è davvero difficile da sottovalutare. Un isolatore difettoso rilevato acusticamente e sostituito durante una finestra di manutenzione programmata costa poche centinaia di dollari. Lo stesso isolatore che si guasta in un caldo pomeriggio di agosto, innescando un evento a catena che coinvolge l'intera rete, ha un costo completamente diverso.

Un cambiamento nel nostro modo di pensare all'ispezione

Ciò che mi entusiasma di più di questa tecnologia non è una singola applicazione, ma ciò che rappresenta a livello filosofico per il settore delle ispezioni nel suo complesso.

Per gran parte della storia dell'ispezione degli impianti, il nostro approccio è stato fondamentalmente reattivo. Cercavamo prove di problemi già in corso. La termografia ha rappresentato un passo avanti verso una rilevazione più precoce, ma richiede comunque che un processo generi calore prima che questo diventi visibile. L'ispezione acustica anticipa ulteriormente la finestra di rilevamento, al punto che un guasto si manifesta attraverso le leggi della fisica molto prima che si manifestino le sue conseguenze.

Non ci limitiamo più a far volare droni con telecamere. Stiamo implementando piattaforme diagnostiche in grado di "ascoltare" le infrastrutture come un medico ascolta il battito cardiaco, individuando le aritmie prima che il paziente avverta qualsiasi sintomo. L'era delle ispezioni con droni basate esclusivamente sulla fotografia è stata utile. Il futuro si prospetta più orientato alla comprensione di ciò che sorvoliamo, non solo alla sua fotografia.

Le capacità di ispezione acustica del DW-10 sono progettate per l'impiego in diversi settori, tra cui la produzione di energia, le infrastrutture di trasmissione, l'industria petrolifera e del gas e la produzione industriale pesante. Per specifiche tecniche o per discutere dell'integrazione operativa, non esitate a contattarci direttamente.